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KR102311939B1 - 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치 - Google Patents

반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치 Download PDF

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KR102311939B1
KR102311939B1 KR1020210055076A KR20210055076A KR102311939B1 KR 102311939 B1 KR102311939 B1 KR 102311939B1 KR 1020210055076 A KR1020210055076 A KR 1020210055076A KR 20210055076 A KR20210055076 A KR 20210055076A KR 102311939 B1 KR102311939 B1 KR 102311939B1
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reaction
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plate
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조재효
이연주
김진웅
한지은
Original Assignee
주식회사 미래보
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Publication date
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Abstract

본 발명은 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치에 관한 것으로, 반도체 제조 공정 중 프로세스 챔버에서 서로 다른 박막층을 다중 증착하는 공정 수행 후 배출되는 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이와 포집구조를 이용한 유로 방향 전환과 다중 와류발생 구조를 통해 포집영역을 분리하여 하나의 포집장치에서 포집되도록 상부 영역에서는 제 1 포집부를 통해 상대적으로 고온영역에서 박막 형태로 응집되는 반응부산물이 포집되도록 하고, 하부 영역에서는 제 2 포집부를 통해 상대적으로 저온영역에서 분말형태로 응집되는 반응부산물이 포집되도록 구성된 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치를 발명의 특징으로 한다.

Description

반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치{Apparatus for multi trapping of reaction by-product for semiconductor process}
본 발명은 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치에 관한 것으로, 자세하게는 반도체 제조 공정 중 프로세스 챔버에서 다중 박막 증착 공정을 수행 후 배출되는 미반응 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이와 포집구조를 이용한 유로 방향 전환과 다중 와류발생 구조를 통해 포집영역을 분리하여 하나의 포집장치에서 각각의 포집온도 영역대에 맞게 박막 또는 분말 형태로 포집할 수 있도록 구성한 다중 포집장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은 크게 전 공정(Fabrication 공정)과 후 공정(Assembly 공정)으로 이루어지며, 전 공정이라 함은 각종 프로세스 챔버(Chamber)내에서 웨이퍼(Wafer) 상에 박막을 증착하고, 증착된 박막을 선택적으로 식각하는 과정을 반복적으로 수행하여 특정의 패턴을 가공하는 것에 의해 이른바, 반도체 칩(Chip)을 제조하는 공정을 말하고, 후 공정이라 함은 상기 전 공정에서 제조된 칩을 개별적으로 분리한 후, 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정을 말한다.
이때, 상기 웨이퍼 상에 박막을 증착하거나, 웨이퍼 상에 증착된 박막을 식각하는 공정은 프로세스 챔버 내로 가스주입 시스템을 통해 실란(Silane), 아르신(Arsine), 염화 붕소, 수소, 질소, 가스 상태 물 등의 필요로 하는 공정 가스 또는 박막 증착을 위한 전구체 가스와 같은 필요로 하는 공정 가스를 주입하여 고온에서 수행된다. 이때 프로세스 챔버 내부에는 각종 증착되지 않은 반응부산물, 미반응 발화성 가스와 부식성 이물질 및 유독 성분을 함유한 유해가스 등이 다량 발생하게 된다.
이 때문에 반도체 제조장비에는 프로세스 챔버에서 배출된 미반응 가스를 정화하여 방출하기 위해 상기 프로세스 챔버를 진공상태로 만들어 주는 진공펌프의 후단에 프로세스 챔버에서 배출되는 미반응 가스를 정화시킨 후 대기로 방출하는 스크러버(Scrubber)가 설치한다.
하지만, 이와 같은 스크러버는 단지 가스 형태의 반응부산물 만을 정화처리하기 때문에 프로세스 챔버에서 배출된 미반응 가스 중에 포함된 입자형태의 반응부산물을 사전에 포집하지 않으면, 프로세스 챔버에서 증착에 사용되지 않고 배출된 미반응 가스 중에 포함된 반응부산물이 배관에 고착되어 배기압력이 상승하는 문제, 또는 진공펌프로 유입되어 발생되는 펌프의 고장 문제, 또는 프로세스 챔버로 역류하여 웨이퍼를 오염시키는 문제 등이 있다.
이 때문에 반도체 제조장비에는 프로세스 챔버와 진공펌프 사이에 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 미반응 가스를 응집시키는 다양한 구조의 반응부산물 포집장치가 설치된다.
하지만 종래의 부산물 포집장치는 프로세스 챔버에서 서로 다른 박막을 증착하는 다중 증착 공정을 수행할 경우 배출되는 미반응 가스 중에 포함된 반응부산물이 혼합 반응부산물 형태를 이루기 때문에 각 반응부산물의 응집 온도가 달라 하나의 포집장치로는 효율적으로 포집하기 어렵다는 구조적 문제점이 있었다.
따라서 미반응 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 각각 포집할 수 있도록 서로 다른 온도 영역의 포집구성을 가지는 포집장치가 각각 구비해야 하는데 이와 같은 이유로 인해 추가적인 포집장치가 구비되어야 하고, 각 포집대상 반응부산물에 맞는 포집 온도 영역대를 맞추기 위한 온도제어기 필요하여 전체적인 공정장치와 공정제어가 복잡해진다는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결 할 수 있는 반응부산물 포집장치의 개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허공보 등록번호 10-0717837(2007.05.07.등록) 한국 등록특허공보 등록번호 10-0862684(2008.10.02.등록) 한국 등록특허공보 등록번호 10-1447629(2014.09.29.등록) 한국 등록특허공보 등록번호 10-1806480(2017.12.01.등록)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 제조 공정 중 프로세스 챔버에서 서로 다른 박막층을 다중 증착하는 공정 수행 후 배출되는 미반응가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 하나의 포집장치에서 분리하기 위해 각 반응부산물의 포집 영역을 상부에 설치된 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이를 통한 포집영역 분리와, 단차를 달리하여 다단으로 구성된 포집 구조와 크기와 배치를 달리하는 홀 구조에 의한 미반응 가스의 유로 연장과 와류발생을 통해 체류시간을 연장시키면서 반응부산물별로 포집하도록 구성하여 상부 영역에서는 제 1 포집부를 통해 상대적으로 고온영역에서 박막 형태로 응집되는 반응부산물이 포집되도록 하고, 하부 영역에서는 제 2 포집부를 통해 상대적으로 저온영역에서 분말형태로 응집되는 반응부산물이 포집되도록 한 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 반도체 제조공정 중 프로세스 챔버에서 다중 박막 증착 과정을 거친 후 배출되는 미반응가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 포집하는 포집장치에 있어서,
하우징의 상판 하부에 설치된 히터와 가까운 상부 영역에 위치하여 혼합 반응부산물 중 상대적으로 고온에 반응하는 반응부산물을 박막 형태로 포집시키도록 유로 연장과 와류 발생 구조를 가지는 제 1 포집구조체와 제 2 포집구조체가 수직방향으로 다단 구성된 제 1 포집부와;
상기 제 1 포집부의 하부에 위치하여 상부 영역보다 상대적으로 저온이 유지된 공간영역에서 혼합 반응부산물 중 상대적으로 저온에 반응하는 반응부산물을 분말 형태로 포집시키도록 유로 연장과 다중 와류 발생 구조를 가지는 제 3 포집구조체, 제 4 포집구조체, 제 5 포집구조체, 제 6 포집구조체, 제 7 포집구조체가 수직방향으로 다단 구성된 제 2 포집부;를 포함하여,
하우징으로 유입되는 미반응 가스 중의 혼합 반응부산물을 하나의 장치에서 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이로 영역을 분리하여 각각 포집하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치를 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 하우징은 유입된 가스를 수용하는 하우징본체와;
상방향으로 돌출된 가스유입구와 냉각수유로부가 형성되고, 하부에 위치하는 제 1 포집부 그리고 제 2 포집부의 일부 영역을 매달린 형태로 고정하여 지지하는 상판과;
가스배출구가 상부와 하부 양방향으로 돌출되게 설치되고, 제 2 포집부를 고정하는 지지부가 구비된 하판과;
상기 하판에 일정 간격 이격되게 설치되어, 가스배출구의 상부로 반응부산물이 떨어지는 것을 방지하면서 배출되는 가스의 유로를 가이드 하는 배출구 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 1 포집구조체는 히터에서 하강한 가스를 둘레 및 둘레를 따라 복수개가 원형배열된 가스이동홀을 통해 하강시키면서, 상면과 하면 그리고 하면에 형성된 가이드형 포집플레이트를 통해 반응부산물을 포집하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 2 포집구조체는 제 1 포집구조체에서 하강한 가스가 둘레를 통해 하강하지 않도록 둘레면이 하우징의 내벽과 접하거나 근접되게 설치되어 중앙부에 형성된 가스이동홀로 유로를 전환시켜 하강시키면서, 상면과 하면 그리고 상면에 형성된 날개형 포집플레이트를 통해 반응부산물을 포집하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 날개형 포집플레이트는 복수개가 방사상으로 배열되어 설치되고, 각 날개형 포집플레이트의 측방향으로 돌출된 형성된 하나 이상의 부하날개는 상단이 둘레 방향으로 기울어진 형태로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 3 포집구조체는 제 1 포집부의 제 2 포집구조체에서 하강한 가스를 바깥 방향으로 유로를 전환시켜 둘레를 따라 형성된 가스이동홀을 통해 하강시키면서, 바깥방향으로 단차가 높아지게 다중 배치된 차폐형 포집플레이트부로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 차폐형 포집플레이트부는, 제일 안쪽으로는 가스이동홀이 형성된 제 1 포집편 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되고, 상기 제 1 포집편들의 외각에는 개별 제 1 포집편 보다 크고 가스이동홀이 형성된 제 2 포집편 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되고, 상기 제 2 포집편들의 외각에는 개별 제 2 포집편 보다 크고 면상에 복수개의 가스이동홀이 배열된 원통형 포집체가 위치하게 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 4 포집구조체는 제 3 포집구조체에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시켜 중심부에 형성된 가스이동홀을 통해 하강시키면서, 중심방향으로 단차가 높아지게 다중 배치된 차폐형 포집플레이트부로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 차폐형 포집플레이트부는 제일 바깥쪽으로는 가스이동홀이 형성된 제 1 포집편 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고, 상기 제 1 포집편들의 내측에는 개별 제 1 포집편 보다 크고 가스이동홀이 형성된 제 2 포집편 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고, 상기 제 2 포집편들의 내측에는 개별 제 2 포집편 보다 높이가 크고 면상에 복수개의 가스이동홀이 배열된 원통형 포집체가 위치하게 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 5 포집구조체는 제 4 포집구조체에서 하강한 가스를 가이드형 포집플레이트로 바깥 방향으로 유로를 전환시켜 하강되도록 하면서 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 가이드형 포집플레이트는 방사상으로 설치되고, 표면적이 넓게 십자 단면을 가지게 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 6 포집구조체는 제 5 포집구조체에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시켜 중심부에 형성된 가스이동홀을 통해 하강시키면서, 날개형 포집플레이트로 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 날개형 포집플레이트는 복수개가 방사상으로 배열되어 설치되고, 각 날개형 포집플레이트의 측방향으로 돌출된 형성된 하나 이상의 부하날개는 상단이 둘레 방향으로 기울어진 형태로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 제 7 포집구조체는 제 6 포집구조체에서 하강한 가스를 배출구 커버가 위치한 중심 방향으로 유로를 전환시키고, 중심방향으로 단차가 낮아지게 다중 배치된 기둥형 포집플레이트부로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 기둥형 포집플레이트부는 제일 바깥쪽에는 십자 단면을 가지고 가스의 유동흐름에 대향되는 날개면에 가스이동홀이 형성된 제 1 기둥형 포집플레이트 복수개가 원형배열되고,
상기 제 1 기둥형 포집플레이트들의 내측에는 개별 제 1 기둥형 포집플레이트 보다 높이가 낮은, 십자 단면을 가지고 가스의 유동흐름에 대향되는 날개면에 가스이동홀이 형성된 제 2 기둥형 포집플레이트 복수개가 원형배열되어 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치는 반도체 제조 공정 중 프로세스 챔버에서 서로 다른 박막층을 다중 증착하는 공정 수행 후 배출되는 미반응가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 상부에 설치된 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이를 통한 포집영역 분리와, 가스 유로 연장과 흐름유도 구조 및 다중 와류발생 구조를 통해 체류시간을 연장시켜 반응부산물별로 포집하도록 구성하여 상부 영역에서는 제 1 포집부를 통해 상대적으로 고온영역에서 박막 형태로 응집되는 반응부산물이 포집되도록 하고, 하부 영역에서는 제 2 포집부를 통해 상대적으로 저온영역에서 분말형태로 응집되는 반응부산물이 분리되어 포집되도록 함으로써 하나의 포집장치에서 혼합부산물을 포집할 수 있다는 장점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 다중 포집장치가 구비됨으로써 반도체 제조공정용 장치구성과 공정제어가 간소화되면서 내구성도 6개월 이상 연속사용 할 수 있을 정도로 증대되어 진공펌프의 유지관리 주기를 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다.
이처럼 본 발명은 다양한 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 다중 포집장치의 구성을 보인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 다중 포집장치의 내부 구성을 보인 단면도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 다중 포집장치의 구성을 보인 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 하우징 및 히터의 구성을 보인 사시도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 제 1 포집부의 제 1 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 1 포집부의 제 2 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 3 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 4 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 5 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 6 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 7 포집구조체 구성을 보인 예시도이고,
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치 내부에서의 포집경향을 보인 예시도이고,
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치 내부에서의 가스 흐름을 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 다중 포집장치의 구성을 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 다중 포집장치의 내부 구성을 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 다중 포집장치의 구성을 보인 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다중 포집장치는 프로세스 챔버(도시 생략)에서 다중 박막 증착공정을 수행 후 배출된 미반응 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 온도 영역별로 분리하여 박막 또는 분말 형태로 포집한 후 나머지 미반응 가스(이하 '가스'라 칭한다.)만 진공펌프 배출하는 장치로, 그 구성은 크게 하우징(1), 히터(2), 제 1 포집부(3), 제 2 포집부(4)를 포함하여 구성된다.
이하 본 발명에서 고온 또는 저온이라 함은 혼합반응부산물 중 응집 온도가 다른 포집온도에 따른 상대적인 온도를 말하는 것이다. 다만 고온이라 함은 150℃이상을 말하고, 저온이라 함은 150℃ 미만을 말한다.
하우징(1)은 프로세스 챔버에서 배출되는 가스를 상부에서 유입하여 수용하고 하부로 배출하도록 수직형으로 구성된다.
히터(2)는 유입되는 미반응 가스를 가열할 수 있는 구성이다.
제 1 포집부(3)는 하우징(1) 내부에서 히터(2)가 설치된 상부 영역에 위치하여 히터(2)로부터 거리가 먼 하부 영역보다 상대적으로 고온이 유지된 공간영역에서 유입되는 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물 중 고온에 반응하여 박막형태로 응집되는 반응부산물을 포집시키도록 구성된다.
제 2 포집부(4)는 하우징(1)의 하부 영역에 위치하여 상대적으로 제 1 포집부(3) 보다 히터(2)로부터 거리가 먼 곳에 위치하여 하우징의 상부 영역보다 상대적으로 저온이 유지된 공간영역에서 유입되는 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물 중 저온에 반응하여 분말 형태로 응집되는 반응부산물을 포집시키도록 구성된다.
상기 각 구성은 프로세스 챔버에서 배출되는 가스에 의한 부식 등을 방지할 수 있도록 대부분의 구성요소가 부식을 막을 수 있는 스테인리스 강, 알루미늄 등의 소재를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 반응부산물 다중 포집장치가 포집하는 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 한 실시예로 설명하면, 반도체 제조를 위한 프로세스 챔버에서 산화물(Oxide) 증착 공정 즉, Al2O3, SrO 박막 반복 증착 공정을 수행 후 배출되는 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물은 Al2O3 반응부산물과 SrO 반응부산물일 수 있다.
따라서 다중 포집장치는 가스 중에 포함된 Al2O3와 SrO 혼합 반응부산물을 하나의 포집장치에서 응집시켜 박막 또는 분말 형태로 형성시키는 구성이 필요하다.
이를 위해 응집되어 포집되는 온도 영역대가 다른 Al2O3와 SrO 혼합 반응부산물을 박막 및 분말(Powder) 형태의 반응부산물 포집 공간으로 분리하기 위해 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이를 이용하여 히터에 의한 고온이 제공되는 상부 고온 영역인 제 1 포집부(3)에서는 Al2O3 반응부산물이 박막 형태로 포집되도록 구성하였고, 하부 저온영역인 제 2 포집부(4)에서는 SrO 반응부산물이 분말(Powder) 형태로 포집되도록 포집영역을 분리함으로써 하나의 포집장치에서 Al2O3, SrO의 동시 포집이 가능하도록 구성하였다.
이하 보다 구체적으로 각 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 하우징 및 히터의 구성을 보인 사시도이다.
도시된 바와 같이 하우징(1)은 유입된 가스를 수용하는 하우징본체(11)와; 상방향으로 돌출된 가스유입구(12a)와 냉각수유로부(12b)가 형성된 상판(12)과; 가스배출구(13a)가 상부와 하부 양방향으로 돌출되게 설치된 하판(13)과; 상기 하판에 일정 간격 이격되게 설치되어, 가스배출구(13a)의 상부로 반응부산물이 떨어지는 것을 방지하면서 배출되는 가스의 유로를 가이드 하는 배출구 커버(14);를 포함하여 구성된다.
또한 히터(2)는 상기 상판 하부에 설치되어 수직방향 하부로 열원을 제공하여 유입되는 미반응가스의 온도를 가열하여 조절하도록 설치된다.
이하 본 발명의 한 실시예에 따라 도시된 하우징본체(11), 상판(12) 및 하판(13)은 수직방향으로 길게 형성된 원통형 구조로 도시되었지만, 이와 같은 형상만이 본 발명 하우징의 형상을 한정하는 것은 아니고 사각통형 또는 다각통형과 같이 필요로 하는 형상으로 구성될 수 있음은 물론이다. 다만, 이하에서는 설명의 편의상 원통형 형상을 기준으로 설명 한다.
하우징본체(11)는 속이 빈 함체 형상으로 내부에 수직방향으로 설치되는 제 1 포집부(3) 및 제 2 포집부(4)에 유입된 가스 중에 포함된 혼합반응부산물이 박막 또는 분말 형태로 응집되어 포집되도록 유입된 가스를 저장하는 역할을 하도록 구성된다.
상판(12)은 하우징본체(11)의 상부에 설치되어 개방된 하우징본체(11)의 상부를 덮는 덮개 역할을 하면서 상부로 돌출되어 설치된 가스유입구(12a)를 통해 가스를 유입시키는 역할을 한다. 하우징 내부로 유입된 가스는 제 1 포집부 및 제 2 포집부를 거쳐 하판(13)에 형성된 가스배출구(13a)로 배출되는 가스 흐름을 가지게 된다.
또한 상판은 하부에 위치하는 제 1 포집부(3) 그리고 제 2 포집부(4)의 일부 영역을 매달린 형태로 고정하여 지지하는 역할을 하게 구성된다.
또한 상판(12)에는 하우징본체(11) 내부 공간이 가열될 때 상판 하부에 설치되는 미도시된 오링(O-Ring)이 변형되는 것을 방지하고, 하우징 본체 외부 표면 온도를 조절하기 위한 냉각수유로부(12b)가 상부면 홈 형태로 가공되어 형성된다. 냉각수유로부의 상부는 실링을 위해 유로덮개로 막아 수밀처리 할 수 있다.
또한 상판(12) 상부 일지점에는 히터(2)에 전원을 공급하는 전원공급부(21)가 설치되어 전원배관(22)을 통해 전원을 공급하면서 온도를 제어하도록 한다.
상기 냉각수유로부(12b)는 상판(12)에 형성되어 냉각수 유입구(12c) 및 냉각수 배출구(12d)를 구비하여 외부의 냉각수탱크(도시 생략)에서 공급된 냉각수를 상판에 형성된 냉각수 유로를 통해 순환 공급 및 배출하도록 구성한다.
또한 상판에 형성된 냉각수유로부(12b)는 냉각수가 냉각수유입구를 통해 유입된 후 냉각수배출구를 통해 배출되게 구성시 유입된 냉각수와 배출되는 냉각수가 서로 섞이지 않도록 경계부를 가지게 형성된다. 냉각수유로부에 사용되는 냉각수는 물 또는 냉매를 사용하면 된다.
하판(13)은 하부가 개방된 하우징본체(11)의 하부를 덮는 덮개 역할을 하면서 가스배출구(13a)를 통해 혼합반응부산물의 포집이 끝난 가스를 진공펌프 쪽으로 배출하도록 한다.
또한 하판(13)은 상면에 지지부(13b)를 구비하여 그 상부에 위치하는 제 2 포집부(4)의 고정부재(400)를 고정시키게 구성된다. 체결방법은 별도의 나사산이 형성된 체결봉을 내부가 빈 고정부재에 삽입하여 지지부(13b)와 나사체결하는 방식으로 체결할 수 있다. 물론 이와 같은 체결방법은 바람직한 하나의 실시예로 끼움방식, 용접 방식 등과 같은 다양한 공지의 체결방법으로 체결할 수 있음은 물론이다.
또한 하판에는 일정 길이를 가지는 지지대(13d)에 설치된 이동형 바퀴(13c) 등이 설치되어 필요한 위치로 편리하게 포집장치를 이동시킬 수 있게 구성할 수 있다. 물론 하판을 공장의 바닥면 또는 프레임에 고정하여 고정형으로 구성할 수 있음은 물론이다.
배출구 커버(14)는 하판(13)을 관통하여 상부와 하부로 돌출된 가스배출구(13a)의 상부쪽을 통해 반응부산물이 직접 하부로 떨어지는 것을 방지하기 위해 가스배출구(13a)의 상부를 보호하는 구성이다.
이를 위해 배출구 커버(14)는 상부가 막히고 하부가 개방된 구조의 원통 구조로 구성되고, 하부에 구비되는 복수개의 이격부재(141)가 하판(13)의 상면과 가스배출구(13a)의 상단으로부터 일정 간격 이격된 상태로 설치된다.
이와 같이 설치됨으로써 제 2 포집부의 하단을 통해 하강한 반응부산물이 제거된 가스의 유로는 배출구 커버(14)의 둘레를 따라 하단까지 하강한 후 이격부재(141)가 형성된 지점부터는 배출구 커버(14)의 내부로 유입되게 된다. 이후 하판 상부로 돌출된 가스배출구(13a)의 바깥면과 배출구 커버(14)의 내측면 사이 공간을 따라 상부방향으로 유로가 전환되어 상승하게 된다.
이후 배출구 커버(14)의 상면까지 상승하여 막히면 다시 유로가 전환되면서 가스배출구(13a)의 상부 개구를 통해 가스배출구(13a) 내부를 따라 하강하여 하판의 하부로 돌출된 가스배출구(13a)를 통해 외부로 배출되게 된다.
상기 히터(2)는 전원공급부(21)로부터 전원이 인가되면 발열되면서 히터 상부에 구비되는 디퓨져 구조(확산 구조)가 상판에 설치된 가스유입구(12a)를 통해 유입되는 가스의 온도를 가열시키면서 확산시키게 된다. 히터(2)는 상판과 볼트 또는 용접 등의 체결방식으로 부착되어 설치된다. 또한 히터(2)의 소재는 유입된 가스로 인한 부식을 방지하기 위하여 세라믹 또는 인코넬 등의 소재가 사용될 수 있다.
상기와 같이 구성된 히터(2)가 작동되면 프로세스 챔버에서 배출된 가스가 가스유입구(12a)를 통해 하우징 본체 내부로 유입될 때 응집되지 않게 가열하게 된다.
이와 같이 히터에 의해 가열된 가스는 제 1 포집부(3)에 도달할 때 가스 중에 포함된 혼합반응부산물 중 상대적으로 고온에 반응하여 응집하는 고체 반응부산물이 박막 형태로 포집되고, 이후 히터(2)로부터 수직방향 거리가 멀어지면서 온도가 내려간 가스는 제 2 포집부(4)에 도달하면 가스 중에 포함된 혼합반응부산물 중 상대적으로 저온에 반응하여 응집하는 고체 반응부산물이 분말 형태로 포집되게 된다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 제 1 포집부의 제 1 포집구조체 구성을 보인 예시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 1 포집부의 제 2 포집구조체 구성을 보인 예시도이다.
이하에서 설명의 편의상 한 실시예로 도시된 하우징의 형상에 따라 제 1 포집구조체와 제 2 포집구조체의 기본 구조가 원판형으로 도시되었지만 하우징의 형상에 따라 내부에 위치하는 포집구조체의 기본 구조가 사각형 또는 다각형으로 구성될 수 있음은 물론이다.
도시된 바와 같이 제 1 포집부(3)는 히터(2)와 인접한 하부에 위치하여 가스 유로를 연장하면서 지체시켜 포집하도록 구성된다. 이로인해 이격된 거리가 가까워 혼합 반응부산물의 포집영역을 온도에 따라 분리시킨 본 발명의 영역 중 상부 영역에 해당하게 된다.
상기 제 1 포집부(3)는 온도가 가열된 가스의 흐름을 바깥방향 또는 중심부 쪽으로 전환시켜 가이드하면서 가스 중에 포함된 혼합반응부산물 중 고온 영역에서 박막 형태로 반응부산물을 포집하도록 수직 방향으로 다단 형성된 제 1 포집구조체(31)와 제 2 포집구조체(32)로 다단 구성되어 유로 연장과 와류 발생 구조를 통해포집하도록 구성된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 제 1 포집부(3) 구조는, 히터에서 하강한 가스를 둘레 및 둘레를 따라 복수개가 원형배열된 가스이동홀(311)을 통해 하강시키면서, 상면과 하면 그리고 하면에 형성된 가이드형 포집플레이트(312)를 통해 반응부산물을 포집하도록 구성한 원판형상 제 1 포집구조체(31)와;
제 1 포집구조체(31)에서 하강한 가스가 둘레를 통해 하강하지 않도록 둘레면이 하우징의 내벽과 접하거나 근접되게 설치되어 중앙부에 형성된 가스이동홀(321)로 유로를 전환시켜 하강시키면서, 상면과 하면 그리고 상면에 형성된 날개형 포집플레이트(322)를 통해 반응부산물을 포집하도록 구성한 원판형상 제 2 포집구조체(32);로 구성되어 유로 연장 구조를 따라 가스의 흐름이 전환되면서 고온 상태에서 포집이 이루어지도록 한다.
상대적인 크기는 제 1 포집구조체(31) 보다 제 2 포집구조체(32)가 크도록 구성한다. 이를 위해 제 1 포집구조체(31)의 외경 크기는 하우징본체(11)의 내경 크기 보다 작게 형성하고, 제 2 포집구조체(32)의 외경 크기는 하우징본체(11)의 내경 크기외 비슷하게 형성하여 유입된 가스가 둘레를 통해 하강하기 어려운 구조로 구성하였다.
이와 같이 구성됨으로써 유입된 가스의 흐름은 제 1 포집구조체(31)의 바깥 및 둘레를 따라 형성된 가스이동홀(311)을 통해 하강 후 제 2 포집구조체(32)의 중앙부에 형성된 가스이동홀(321)로 흐른 후 하강하는 흐름을 가지게 되어 유로가 연장되면서 체류시간이 연장되어 보다 많은 반응시간을 제공하여 면상에서 박막 형태로 반응부산물이 포집되도록 구성된다.
상기 제 1 포집구조체(31)는 보다 많은 반응부산물 포집을 위해 하부면에 복수개의 가이드형 포집플레이트(312)가 방사상으로 배열하여 설치하였다. 제 1 포집구조체의 상부면에 포집플레이트를 설치하지 않은 이유는 가스의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 함으로써 가스가 고온을 유지한 상태에서 제 1 포집부에서 골고루 박막 형태로 포집시키기 위함이다.
상기 제 1 포집구조체(31)의 가이드형 포집플레이트(312)는 포집시 가스의 흐름을 방해하지 않고 중앙부로 빠르게 가이드하도록 평 플레이트 구조를 가지고, 길이방향이 중앙부를 향하게 구성된다.
제 2 포집구조체(32)는 보다 많은 반응부산물 포집을 위해 상면에 복수개의 날개형 포집플레이트(322)를 방사상으로 배열하여 설치하였다. 날개형 포집플레이트(322)에 형성된 하나 이상의 부하날개(322a)는 포집시 가스의 흐름이 가스이동홀(321)로 빠르게 이동하여 배출되기 전에 최대한 포집효율을 높이기 위해 측방향으로 돌출되게 형성된다.
이와 같은 구조는 유입되는 가스 흐름에 대향하여 부하를 줘 와류를 발생시키면서 체류시간을 연장시켜 박막 형태로 포집되는 충분한 시간을 제공하게 된다. 또한 부하날개(322a)의 설치 각도를 가스가 유입되는 방향 즉, 상단이 제 2 포집구조체의 둘레 방향으로 기울어진 형태로 설치하여 보다 많은 와류가 발생하도록 구성할 수 있다.
또한 제 2 포집구조체(32)는 상부에 위치하는 상기 제 1 포집구조체(31)의 하면에 설치된 가이드형 포집플레이트(312)와 동일한 공간부에 위치함으로써 포집효율을 높여주는 역할도 하게 된다.
상기한 제 1 포집부(3)를 구성하는 제 1 포집구조체(31)는 내부가 빈 고정부재(300)에 체결봉을 삽입시켜 히터와 나사체결하는 방식으로 구성하고, 제 2 포집구조체(32)는 내부가 빈 고정부재(300)에 체결봉을 삽입시켜 상판과 체결하도록 구성할 수 있다. 물론 이와 같은 체결방법은 바람직한 하나의 실시예로 끼움방식, 용접 방식 등과 같은 다양한 공지의 체결방법으로 체결할 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성된 제 1 포집부(3)는 상부에 히터(2)가 설치된 하우징의 상부 영역에 위치하여 하부 영역보다 상대적으로 고온이 유지된 공간영역에서 유입되는 가스의 이동 흐름을 제 1 포집구조체(31) 및 제 2 포집구조체(32)를 이용하여 바깥방향으로 유도 후 하향 시키고 다시 중앙부로 유도 후 하부로 하강시키면서 가스 중에 포함된 혼합 반응부산물 중 고온에 반응하여 박막형태로 응집되는 반응부산물을 포집하게 된다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 3 포집구조체 구성을 보인 예시도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 4 포집구조체 구성을 보인 예시도이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 5 포집구조체 구성을 보인 예시도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 6 포집구조체 구성을 보인 예시도이고, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부의 제 7 포집구조체 구성을 보인 예시도이다.
이하에서 설명의 편의상 한 실시예로 도시된 하우징의 형상에 따라 제 3 포집구조체 내지 제 4 포집구조체의 기본 구조가 원판형으로 도시되었지만 하우징의 형상에 따라 내부에 위치하는 포집구조체의 기본 구조가 사각형 또는 다각형으로 구성될 수 있음은 물론이다.
도시된 바와 같이 제 2 포집부(4)는 히터(2)와 인접한 제 1 포집부(3)의 수직방향 하부에 위치하게 구성된다. 이로 인해 히터(2)로 부터 이격된 거리가 상기 제 1 포집부(3) 보다 멀고 추가적인 가열이 이루어지지 않아 상대적으로 저온의 가스가 유입되게 된다. 따라서 혼합 반응부산물의 포집영역을 온도에 따라 분리시킨 본 발명의 영역 중 하부 영역에 해당하게 된다.
상기 제 2 포집부(4)는 제 1 포집부(3)를 거치면서 온도가 내려간 가스 중에 포함된 상대적으로 저온의 온도조건에서 분말 형태로 응집되는 반응부산물을 포집하도록 수직 방향으로 제 3 포집구조체(41), 제 4 포집구조체(42), 제 5 포집구조체(43), 제 6 포집구조체(44), 제 7 포집구조체(45)가 다단 구성되어 유로 연장과 다중 와류 발생 구조를 통해 포집하도록 구성된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 제 2 포집부(4) 구조는, 제 1 포집부의 제 2 포집구조체(32)에서 하강한 가스를 바깥 방향으로 유로를 전환시켜 둘레를 따라 형성된 가스이동홀(411)을 통해 하강시키면서, 바깥방향으로 단차가 높아지게 다중 배치된 차폐형 포집플레이트부(412)로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하는 제 3 포집구조체(41)와;
제 3 포집구조체(41)에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시켜 중심부에 형성된 가스이동홀(421)을 통해 하강시키면서, 중심방향으로 단차가 높아지게 다중 배치된 차폐형 포집플레이트부(422)로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하는 제 4 포집구조체(42)와;
제 4 포집구조체(42)에서 하강한 가스를 가이드형 포집플레이트(431)로 바깥 방향으로 유로를 전환시켜 하강되도록 하면서 반응부산물을 포집하는 제 5 포집구조체(43)와;
제 5 포집구조체(43)에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시켜 중심부에 형성된 가스이동홀(441)을 통해 하강시키면서, 날개형 포집플레이트(442)로 반응부산물을 포집하는 제 6 포집구조체(44)와;
제 6 포집구조체(44)에서 하강한 가스를 배출구 커버(14)가 위치한 중심 방향으로 유로를 전환시키고, 중심방향으로 단차가 낮아지게 다중 배치된 기둥형 포집플레이트부(452)로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하는 제 7 포집구조체(45);로 구성되어 유로 연장 구조를 따라 가스의 흐름이 전환되면서 단차를 달리하면서 가스흐름에 대향하게 설치된 차폐형 포집플레이트부, 가이드형 포집플레이트, 날개형 포집플레이트, 기둥형 포집플레이트부에 의한 와류발생 구조에 의해 다중으로 와류가 발생되면서 흐름이 정체되면서 저온 상태에서 분말 상태로 포집이 이루어지도록 한다
보다 구체적으로 상기 제 3 포집구조체(41) 내지 제 7 포집구조체(45)를 설명한다.
제 3 포집구조체(41)는 한 실시예로 원판형 포집플레이트로 구성되는데, 제 1 포집부에서 하강한 가스를 바깥 방향으로 유로를 전환시키면서 바깥방향으로 유도한 후 둘레를 따라 형성된 복수개의 가스이동홀(411)을 통해 하강되도록 구성된다. 이때 가스이동홀(411)은 2가지 형태로 다단 배열되게 구성될 수 있는데 최외각 둘레를 따라 원형 배열된 가스이동홀(411)은 정공 형태로 구성하고, 그 보다 안쪽에서 원형 배열된 가스이동홀(411)은 장공 형태로 구성할 수 있다. 이와 같은 형상이나 배열이 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 보다 많은 가스이동홀을 엇갈리게 원형 배열하여 균일하게 배기시킬 수 있으면 충분하다.
한편, 제 3 포집구조체(41)에 형성되어 와류를 발생시키면서 반응부산물을 고효율로 포집시키기 위해 상면에 설치된 차폐형 포집플레이트부(412)는 바깥방향으로 가면서 단차가 높아지게 다중 배치된 구조로 구성된다.
한 실시예로 제일 안쪽으로는, 면상에 적어도 하나의 가스이동홀(412a')이 형성된 제 1 포집편(412a) 복수개를 바깥 방향으로 흐르는 가스의 흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고,
상기 제 1 포집편들의 외각에는 개별 제 1 포집편 보다 높이와 폭이 큰 형상을 가지고, 면상에 적어도 하나의 가스이동홀(412b')이 형성된 제 2 포집편(412b) 복수개를 가스의 흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고,
상기 제 2 포집편들의 외각에는 개별 제 2 포집편 보다 높이가 큰 형상을 가진, 면상에 복수개의 가스이동홀(412c')이 배열되어 형성된 원통형 포집체(412c)를 가스의 흐름에 대향되게 배치된다.
한 실시예로 제 1 포집편과 제 2 포집편은 원형 배열시 서로 엇갈리게 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성하면 제 1 포집편의 가스이동홀을 통과한 가스가 제 2 포집편에 형성된 가스이동홀로 이동하거나 직접 원통형 포집체로 이동하게 되어 유속차에 의한 와류 형성 효율이 높기 때문이다.
또한 한 실시예로 상기 가스이동홀의 크기는 가운데 위치한 제 2 포집편의 가스이동홀 크기를 가장 크게 형성하였다. 이와 같이 형성하면 가스이동홀을 통과시 가스 양이 차이가 발생하면서 유속차에 의한 와류 형성 효율이 높기 때문이다.
상기와 같이 차폐형 포집플레이트부(412)의 구조를 바깥쪽 원통형 포집체(412c)로 갈수록 높이가 높아지게 단차를 구성하면서 가스이동홀의 크기를 달리하면 중심부에서 바깥 방향으로 이동하는 가스가 지그재그 방향으로 흐르다가 높이 때문에 이동이 막혀 내부 공간에 지체되는 효과가 있고, 또한 높이, 배치 및 가스이동홀 크기 차이로 유속차가 발생하면서 와류 형성 효율이 높아지는 효과가 있다.
제 4 포집구조체(42)는 한 실시예로 원판형 포집플레이트로 구성되는데, 제 3 포집구조체(41)에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시키면서 중앙부에 형성된 가스이동홀(421)을 통해 하강되도록 구성된다.
한편, 제 4 포집구조체(42)에 형성되어 와류를 발생시키면서 반응부산물을 고효율로 포집시키기 위해 상면에 설치된 차폐형 포집플레이트부(422)는 중심방향으로 가면서 단차가 높아지게 다중 배치된 구성된다. 이는 상기한 제 3 포집구조체(41)와 반대되는 형상을 가진다.
한 실시예로 제일 바깥쪽으로는 면상에 적어도 하나의 가스이동홀(422a')이 형성된 제 1 포집편(422a) 복수개를 중심부 방향으로 흐르는 가스의 흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고,
상기 제 1 포집편(422a)들의 내측에는 개별 제 1 포집편 보다 높이와 폭이 큰 형상을 가지고, 면상에 적어도 하나 이상의 가스이동홀(422b')이 형성된 제 2 포집편(422b) 복수개를 가스의 흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고,
상기 제 2 포집편들의 내측에는 개별 제 2 포집편 보다 높이가 큰 형상을 가진, 면상에 복수개의 가스이동홀(422c')이 배열되어 형성된 원통형 포집체(422c)를 가스의 흐름에 대향되게 배치되어 구성된다.
한 실시예로 제 1 포집편과 제 2 포집편은 원형 배열시 서로 엇갈리게 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성하면 제 1 포집편의 가스이동홀을 통과한 가스가 제 2 포집편에 형성된 가스이동홀로 이동하거나 직접 원통형 포집체로 이동하게 되어 유속차에 의한 와류 형성 효율이 높기 때문이다.
또한 한 실시예로 상기 가스이동홀의 크기는 가운데 위치한 제 2 포집편의 가스이동홀 크기를 가장 크게 형성하였다. 이와 같이 형성하면 가스이동홀을 통과시 가스 양이 차이가 발생하면서 유속차에 의한 와류 형성 효율이 높기 때문이다.
상기와 같이 차폐형 포집플레이트부(422)의 구조를 중심부쪽 원통형 포집체(422c)로 갈수록 높이가 높아지는 단차를 가지도록 구성하면서 가스이동홀의 크기를 달리하면 바깥에서 중심부 방향으로 이동하는 가스가 지그재그 방향으로 흐르다가 높이 때문에 이동이 막혀 중앙부에 형성된 가스이동홀(421)로 쉽게 이동하지 못하고 지체되는 효과가 있고, 또한 높이, 배치 및 가스이동홀 크기 차이로 유속차가 발생하면서 와류 형성 효율이 높아지는 효과가 있다.
제 5 포집구조체(43)는 한 실시예로 원판형 포집플레이트로 구성되는데, 제 4 포집구조체(42)에서 하강한 가스를 방사상으로 설치된 십자 단면을 가진 가이드형 포집플레이트(431)를 이용하여 바깥 방향으로 유로를 전환시키면서 반응부산물을 포집 후 바깥을 통해 하강되도록 구성된다.
상기와 같이 십자 단면의 가이드형 포집플레이트(431)를 설치한 이유는 표면적이 넓게 하여 보다 많은 반응부산물을 포집함과 동시에 이동하는 가스 흐름을 안정적으로 가이드 하기 위함이다.
또한 제 5 포집구조체(43)의 크기는 상부에 위치한 제 4 포집구조체(42)와 하부에 위치한 제 6 포집구조체(44) 보다 상대적으로 작게 형성하여 제 4 포집구조체(42)에 하강한 가스의 흐름이 제 6 포집구조체(44)의 둘레 영역에 도달하게 흐름을 가이드하게 된다.
특히 제 5 포집구조체(43)와 제 6 포집구조체(44)는 거의 근접되게 설치되어 제 5 포집구조체(43)의 바깥 방향으로 흐른 가스의 흐름이 보다 신속하게 제 6 포집구조체(44)의 둘레 영역에 도달하게 구성된다.
상기 제 5 포집구조체(43)는 하부에 위치한 제 6 포집구조체(44)와 고정부재(400)와 체결되어 고정된다.
제 6 포집구조체(44)는 한 실시예로 원판형 포집플레이트로 구성되는데, 상대적으로 작은 크기를 가지는 제 5 포집구조체(43)가 중앙부 상부에 위치하여 둘레로 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시키면서 가스이동홀(441)을 통해 하강되도록 구성된다.
한편, 제 6 포집구조체(44)에 형성되어 와류를 발생시키면서 반응부산물을 고효율로 포집시키기 위해 상면에 방사상으로 배열하여 설치된 날개형 포집플레이트(442)는 하나 이상의 부하날개(442a)가 형성되어 포집시 가스의 흐름이 가스이동홀(441)로 빠르게 이동하여 배출되기 전에 최대한 포집효율을 높이기 위해 측방향으로 돌출되게 형성된다,
이와 같은 구조는 유입되는 가스 흐름에 대향하여 부하를 줘 와류를 발생시키면서 체류시간을 연장시켜 분말 형태로 포집되는 충분한 시간을 제공하게 된다. 또한 부하날개(442a)의 설치 각도를 가스가 유입되는 방향 즉, 상단이 제 6 포집구조체의 둘레 방향으로 기울어진 형태로 설치하여 보다 많은 와류가 발생하도록 구성할 수 있다.
제 7 포집구조체(45)는 한 실시예로 원판형 포집플레이트로 구성되는데, 중앙부에는 가스배출구(13a) 주변을 보호하는 배출구 커버(14)가 설치되도록 홀(451)이 형성된다.
한편, 제 7 포집구조체(45)에 형성되어 와류를 발생시키면서 반응부산물을 고효율로 포집시키기 위해 상면에 방사상으로 배열하여 설치되고 중심방향으로 가면서 단차가 낮아지게 다중 배치된 기둥형 포집플레이트부(452)가 형성된다.
한 실시예로 제일 바깥쪽에는 십자 단면을 가지고 가스의 유동흐름에 대향되는 날개면에 가스이동홀(452a')이 형성된 제 1 기둥형 포집플레이트(452a) 복수개가 원형배열되어 구성되고,
상기 제 1 기둥형 포집플레이트(452a)들의 내측에는 개별 제 1 기둥형 포집플레이트(452a) 보다 높이가 낮은, 십자 단면을 가지고 가스의 유동흐름에 대향되는 날개면에 가스이동홀(452b')이 형성된 제 2 기둥형 포집플레이트(452b) 복수개가 원형배열되어 구성된다.
상기와 같이 기둥형 포집플레이트부(452)의 구조를 내측으로 갈수록 높이가 낮아지게 단차를 구성하면, 하강한 가스가 내측에 정체되어 머물면서 지체되어 포집효율이 높아지면서도 가스의 배출흐름에 방해가 발생하지 않게 된다.
만약 이와 반대 방향으로 단차가 형성되게 기둥형 포집플레이트부(452)를 설치하면 바깥쪽 포집플레이트부에 가스가 거치지 않고 가스배출구(13a)로 이동하여 가스 정체 및 와류 형성이 감소되어 포집 효율은 저하된다.
상기 제 2 포집부(4)를 구성하는 제 3 포집구조체(41) 및 제 4 포집구조체(42)는 내부가 빈 고정부재(400)에 체결봉을 삽입시켜 상판과 체결하도록 구성하고, 제 5 포집구조체(43) 내지 제 7 포집구조체(45)는 내부가 빈 고정부재(400)에 체결봉을 삽입시켜 하판의 지지부와 체결하도록 구성할 수 있다. 물론 이와 같은 체결방법은 바람직한 하나의 실시예로 끼움방식, 용접 방식 등과 같은 다양한 공지의 체결방법으로 체결할 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성된 제 2 포집부(4)는 상부에 히터(2)가 설치된 하우징의 상부 영역에 설치된 제 1 포집부(3) 보다 상대적으로 먼 하부에 위치하여 상부 영역보다 상대적으로 저온이 유지된 공간영역에서 유입되는 가스의 이동 흐름을 제 3 포집구조체(41)에서 제 7 포집구조체(45)까지 하강하면서 가스이동홀을 통해 중심에서 바깥 방향 다시 바깥방향에서 중심으로 전환되면서 하강하는 흐름을 가지게 되어 유로가 연장되면서 체류시간이 연장되어, 각 포집구조체 마다 구비된 다양한 구조와 단차로 설치된 차폐형 포집플레이트부, 가이드형 포집플레이트, 날개형 포집플레이트, 기둥형 포집플레이트부에 의해 와류가 형성되면서 보다 많은 반응시간을 제공하여 분말 형태로 반응부산물을 포집하게 된다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치 내부에서의 포집경향을 보인 예시도이고, 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치 내부에서의 가스 흐름을 보인 예시도이다.
도 12 중 (A)는 반응부산물 포집영역이고, (B)는 혼합반응부산물 중 주로 Al2O3가 포집되는 영역을 표시한 것이고, (C)는 혼합반응부산물 중 주로 SrO가 포집되는 영역을 표시한 것이다. 또한 도 13 중 (D)는 가스유로를 나타낸다. 또한 이하 설명엔 나오는 구성은 도 1 내지 11의 설명을 참조하면 된다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반응부산물 다중 포집장치는 수직 방향으로 설치된 하우징 내부로 유입된 가스가 상부에 위치한 히터의 거리에 따른 수직 온도분포 차이와 상하로 위치하는 제 1 포집부와 제 2 포집부의 포집구조를 이용한 유로 방향 전환과 와류발생 구조에 의해 상부에서 유입되는 가스의 이동 방향 흐름이 제어되면서 열의 분포 영역이 분리되어 반응부산물 포집영역(A) 중 상부의 (B)영역에 해당하는 제 1 포집부에서는 하강된 가스의 유로 방향을 전환시키는 포집 구조에 의해 유로 길이가 늘어나면서 체류시간이 연장되면서 상대적으로 고온영역에서 박막 형태로 응집되는 반응부산물이 면상의 플레이트에 포집되고, 하부의 (C)영역에 해당하는 제 2 포집부에서는 단차를 달리하여 다단으로 구성된 포집 구조와 크기와 배치를 달리하는 홀 구조에 의해 가스의 경로가 지그재그 방식으로 전환되면서 유로 길이가 늘어나고 다중 와류가 발생하면서 가스의 체류시간이 증가되어 상대적으로 저온영역에서 분말형태로 응집되는 반응부산물이 포집되는 경향을 가진다. 이와 같은 포집경향에 따른 가스의 흐름은 (D)와 같은 경향을 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(1) : 하우징 (2) : 히터
(3) : 제 1 포집부 (4) : 제 2 포집부
(11) : 하우징본체 (12) : 상판
(12a) : 가스유입구 (12b) : 냉각수유로부
(12c) : 냉각수 유입구 (12d) : 냉각수 배출구
(13) : 하판 (13a) : 가스배출구
(13b) : 지지부 (13c) : 바퀴
(13d) : 지지대 (14) : 배출구 커버
(21) : 전원공급부 (22) : 전원배관
(31) : 제 1 포집구조체 (32) : 제 2 포집구조체
(41) : 제 3 포집구조체 (42) : 제 4 포집구조체
(43) : 제 5 포집구조체 (44) : 제 6 포집구조체
(45) : 제 7 포집구조체 (141) : 이격부재
(300) : 고정부재 (311) : 가스이동홀
(312) : 가이드형 포집플레이트 (321) : 가스이동홀
(322) : 날개형 포집플레이트 (322a) : 부하날개
(400) : 고정부재 (411) : 가스이동홀
(412) : 차폐형 포집플레이트부 (412a) : 제 1 포집편
(412a'): 가스이동홀 (412b) : 제 2 포집편
(412b') : 가스이동홀 (412c) : 원통형 포집체
(412c') : 가스이동홀 (422) : 차폐형 포집플레이트부
(422a) : 제 1 포집편 (422a') : 가스이동홀
(422b) : 제 2 포집편 (422b') : 가스이동홀
(422c) : 원통형 포집체 (422c') : 가스이동홀
(431) : 가이드형 포집플레이트 (441) : 가스이동홀
(442) : 날개형 포집플레이트 (442a) : 부하날개
(451) : 홀 (452) : 기둥형 포집플레이트부
(452a') : 가스이동홀 (452a) : 제 1 기둥형 포집플레이트
(452b) : 제 2 기둥형 포집플레이트 (452b') : 가스이동홀

Claims (15)

  1. 반도체 제조공정 중 프로세스 챔버에서 다중 박막 증착 과정을 거친 후 배출되는 미반응가스 중에 포함된 혼합 반응부산물을 포집하는 포집장치에 있어서,
    하우징(1)의 상판 하부에 설치된 히터(2)와 가까운 상부 영역에 위치하여 혼합 반응부산물 중 상대적으로 고온에 반응하는 반응부산물을 박막 형태로 포집시키도록 유로 연장과 와류 발생 구조를 가지는 제 1 포집구조체(31)와 제 2 포집구조체(32)가 수직방향으로 다단 구성된 제 1 포집부(3)와;
    상기 제 1 포집부(3)의 하부에 위치하여 상부 영역보다 상대적으로 저온이 유지된 공간영역에서 혼합 반응부산물 중 상대적으로 저온에 반응하는 반응부산물을 분말 형태로 포집시키도록 유로 연장과 다중 와류 발생 구조를 가지는 제 3 포집구조체(41), 제 4 포집구조체(42), 제 5 포집구조체(43), 제 6 포집구조체(44), 제 7 포집구조체(45)가 수직방향으로 다단 구성된 제 2 포집부(4);를 포함하여,
    하우징(1)으로 유입되는 미반응 가스 중의 혼합 반응부산물을 하나의 장치에서 히터로부터 이격된 거리에 따른 수직 온도분포 차이로 영역을 분리하여 각각 포집하도록 구성하되,
    상기 제 1 포집구조체(31)는 히터에서 하강한 가스를 둘레 및 둘레를 따라 복수개가 원형배열된 가스이동홀(311)을 통해 하강시키면서, 상면과 하면 그리고 하면에 형성된 가이드형 포집플레이트(312)를 통해 반응부산물을 포집하도록 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(1)은 유입된 가스를 수용하는 하우징본체(11)와;
    상방향으로 돌출된 가스유입구(12a)와 냉각수유로부(12b)가 형성되고, 하부에 위치하는 제 1 포집부(3) 그리고 제 2 포집부(4)의 일부 영역을 매달린 형태로 고정하여 지지하는 상판(12)과;
    가스배출구(13a)가 상부와 하부 양방향으로 돌출되게 설치되고, 제 2 포집부(4)를 고정하는 지지부가 구비된 하판(13)과;
    상기 하판에 일정 간격 이격되게 설치되어, 가스배출구(13a)의 상부로 반응부산물이 떨어지는 것을 방지하면서 배출되는 가스의 유로를 가이드 하는 배출구 커버(14);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 포집구조체(32)는 제 1 포집구조체(31)에서 하강한 가스가 둘레를 통해 하강하지 않도록 둘레면이 하우징의 내벽과 접하거나 근접되게 설치되어 중앙부에 형성된 가스이동홀(321)로 유로를 전환시켜 하강시키면서, 상면과 하면 그리고 상면에 형성된 날개형 포집플레이트(322)를 통해 반응부산물을 포집하도록 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 날개형 포집플레이트(322)는 복수개가 방사상으로 배열되어 설치되고, 각 날개형 포집플레이트(322)의 측방향으로 돌출된 형성된 하나 이상의 부하날개(322a)는 상단이 둘레 방향으로 기울어진 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3 포집구조체(41)는 제 1 포집부의 제 2 포집구조체(32)에서 하강한 가스를 바깥 방향으로 유로를 전환시켜 둘레를 따라 형성된 가스이동홀(411)을 통해 하강시키면서, 바깥방향으로 단차가 높아지게 다중 배치된 차폐형 포집플레이트부(412)로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하도록 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 차폐형 포집플레이트부(412)는, 제일 안쪽으로는 가스이동홀(412a')이 형성된 제 1 포집편(412a) 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되고, 상기 제 1 포집편들의 외각에는 개별 제 1 포집편 보다 크고 가스이동홀(412b')이 형성된 제 2 포집편(412b) 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되고, 상기 제 2 포집편들의 외각에는 개별 제 2 포집편 보다 크고 면상에 복수개의 가스이동홀(412c')이 배열된 원통형 포집체(412c)가 위치하게 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 4 포집구조체(42)는 제 3 포집구조체(41)에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시켜 중심부에 형성된 가스이동홀(421)을 통해 하강시키면서, 중심방향으로 단차가 높아지게 다중 배치된 차폐형 포집플레이트부(422)로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 차폐형 포집플레이트부(422)는 제일 바깥쪽으로는 가스이동홀(422a')이 형성된 제 1 포집편(422a) 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고, 상기 제 1 포집편(422a)들의 내측에는 개별 제 1 포집편 보다 크고 가스이동홀(422b')이 형성된 제 2 포집편(422b) 복수개가 가스의 유동흐름에 대향되게 원형 배열되어 배치되고, 상기 제 2 포집편들의 내측에는 개별 제 2 포집편 보다 높이가 크고 면상에 복수개의 가스이동홀(422c')이 배열된 원통형 포집체(422c)가 위치하게 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 5 포집구조체(43)는 제 4 포집구조체(42)에서 하강한 가스를 가이드형 포집플레이트(431)로 바깥 방향으로 유로를 전환시켜 하강되도록 하면서 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가이드형 포집플레이트(431)는 방사상으로 설치되고, 표면적이 넓게 십자 단면을 가지게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 6 포집구조체(44)는 제 5 포집구조체(43)에서 하강한 가스를 중심 방향으로 유로를 전환시켜 중심부에 형성된 가스이동홀(441)을 통해 하강시키면서, 날개형 포집플레이트(442)로 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 날개형 포집플레이트(442)는 복수개가 방사상으로 배열되어 설치되고, 각 날개형 포집플레이트(442)의 측방향으로 돌출된 형성된 하나 이상의 부하날개(442a)는 상단이 둘레 방향으로 기울어진 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 7 포집구조체(45)는 제 6 포집구조체(44)에서 하강한 가스를 배출구 커버(14)가 위치한 중심 방향으로 유로를 전환시키고, 중심방향으로 단차가 낮아지게 다중 배치된 기둥형 포집플레이트부(452)로 와류를 발생시키면서 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 기둥형 포집플레이트부(452)는 제일 바깥쪽에는 십자 단면을 가지고 가스의 유동흐름에 대향되는 날개면에 가스이동홀(452a')이 형성된 제 1 기둥형 포집플레이트(452a) 복수개가 원형배열되고,
    상기 제 1 기둥형 포집플레이트(452a)들의 내측에는 개별 제 1 기둥형 포집플레이트(452a) 보다 높이가 낮은, 십자 단면을 가지고 가스의 유동흐름에 대향되는 날개면에 가스이동홀(452b')이 형성된 제 2 기둥형 포집플레이트(452b) 복수개가 원형배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 반응부산물 다중 포집장치.
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